Чем переменный ток лучше постоянного

Чем переменный ток лучше постоянного

В предыдущей статье, что такое электрический ток ты узнал, как происходит упорядоченное движение электронов в замкнутой цепи. Теперь, я расскажу тебе, каким бывает электрический ток. Электрический ток бывает постоянный и переменный. Чем отличается переменный ток от постоянного? Характеристики постоянного тока.

Постоянный ток

Direct Current или DC так по-английски обозначают электрический ток который на протяжении любого отрезка времени не меняет направление движения и всегда движется от плюса к минусу. На схеме обозначается как плюс (+) и минус (-), на корпусе прибора, работающего от постоянного тока наносят обозначение в виде одной (-) или (=) полос. Важная особенность постоянного электрического тока – это возможность его аккумулирования, т.е. накопления в аккумуляторах или получения его за счет химической реакции в батарейках. Множество современных переносных электрических устройств, работают, используя накопленный электрический заряд постоянного тока, который находится в аккумуляторах или батарейках этих самых устройств.

Переменный ток

(Alternating Current) или АС английская аббревиатура обозначающая ток, который меняет на временном отрезке свое направление и величину. На электрических схемах и корпусах электрических аппаратов, работающих от переменного тока, символ переменного тока обозначают как отрезок синусоиды «

». Если говорить о переменном токе простыми словами , то можно сказать что в случае подключения электрической лампочки к сети переменного тока плюс и минус на ее контактах будут меняться местами с определенной частотой или иначе, ток будет менять свое направление с прямого на обратное. На рисунке обратное направление – это область графика ниже нуля.

Теперь давай разберемся, что такое частота. Частота это – период времени, в течение которого ток выполняет одно полное колебание, число полных колебаний за 1 с называется частотой тока и обозначается буквой f. Частота измеряется в герцах (Гц) . В промышленности и быту большинства стран используют переменный ток с частотой 50 Гц. Эта ве6личина показывает количество изменений направления тока за одну секунду на противоположное и возвращение в исходное состояние. Иными словами в электрической розетке, которая есть в каждом доме и куда мы включаем утюги и пылесосы, плюс с минусом на правой и левой клеммах розетки будет меняться местами с частотой 50 раз в секунду – это и есть, частота переменного тока. Для чего нужен такой “переменчивый “ переменный ток, почему не использовать только постоянный? Это сделано для того, чтобы получить возможность без особых потерь получать нужное напряжение в любом количестве способом применения трансформаторов. Использование переменного тока позволяет передавать электроэнергию в промышленных масштабах на значительные расстояния с минимальными потерями.

Напряжение, которое подается мощными генераторами электростанций, составляет порядка 330 000-220 000 Вольт. Такое напряжение нельзя подавать в дома и квартиры, это очень опасно и сложно с технической стороны. Поэтому переменный электрический ток с электростанций подается на электрические подстанции, где происходит трансформация с высокого напряжения на более низкое, которое мы используем.

Преобразование переменного тока в постоянный

Из переменного тока, можно получить постоянный ток, для этого достаточно подключить сети переменного тока диодный мост или как его еще называют “выпрямитель” . Из названия “выпрямитель” как нельзя лучше понятно, что делает диодный мост, он выпрямляет синусоиду переменного тока в прямую линию тем самым заставляя двигаться электроны в одном направлении.

Читайте также:  Где выращивают хурму в россии

что такое диод и как работает диодный мост , ты можешь узнать в моих следующих статьях.

Для генерации и передачи на большие расстояния лучше переменный, потому что для него проще преобразования из сравнительно низкого напряжения (генератор) в высокое (ЛЭП) и снова в низкое (потребитель) . И только при передачи на сверхдальние расстояния, когда уже существенны индуктивные потери на проводах ЛЭП, опять становится выгоднее постоянный.

Для двигателей всё равно, но в промышленности чаще применяются двигатели переменного тока. Они проще конструктивно (отсутствует коллектор со щётками и не нужен преобразователь переменного тока в постоянный) , они не искрят, и у них элементарно выполняется реверс, если работать от трёхфазной сети.

Для нагревательных элементов, от паяльника до электроплиты, по фигу какое напряжение, а раз по фигу – то проще переменное. Опять же – не надо преобразовывать.

Война токов (англ. War of Currents ) — противостояние Томаса Эдисона и Николы Теслы (а также Джорджа Вестингауза, поддерживавшего Теслу) в борьбе за использование постоянного и переменного тока соответственно. «Война» продолжалась свыше ста лет с конца 80-х годов XIX века и закончилась в конце ноября 2007 года с окончательным переходом Нью-Йорка с постоянного тока на переменный [1] .

Содержание

Различия [ править | править код ]

Генераторы [ править | править код ]

Генераторы постоянного тока легко подключаются параллельно, необходимо лишь соблюдать полярность. Чтобы подавать в сеть переменный ток, требуется предварительная синхронизация генератора переменного тока с подключаемой энергосистемой.

Передача энергии на расстояние [ править | править код ]

При увеличении расстояния повышается суммарное электрическое сопротивление проводов, а также растут потери на их нагрев. При создании электрической линии, рассчитанной на передачу определённой мощности, существенно снизить потери можно либо снижая электрическое сопротивление проводов (делая их толще или изготавливая их из другого материала), либо повышая напряжение (что приводит к уменьшению силы тока). Чтобы вчетверо снизить потери, приходится либо вчетверо снижать сопротивление, либо вдвое повышать напряжение. Передача энергии на большие расстояния экономически оправдана при использовании высокого напряжения.

Поскольку эффективных способов изменять напряжение постоянного тока в те времена не существовало, в электростанциях Эдисона использовалось напряжение, близкое к потребительскому — от 100 до 200 В. Это не позволяло передавать потребителю большие мощности на значительные расстояния. В результате потребители электрической энергию должны быть расположены на расстоянии, не превышающем 1,5 км от электростанции. Ориентир на постоянный ток не позволял построить мощную электростанцию, снабжающую целый регион, равно как и построить ГЭС в подходящем для этого удалённом месте.

Напряжение переменного тока легко изменяется с помощью трансформаторов (КПД до 99%). Это даёт возможность передавать ток по высоковольтным магистральным линиям на большие расстояния (сотни километров), предоставляя потребителю электроэнергию через понижающие трансформаторные подстанции.

Потребители [ править | править код ]

Изобретённый Эдисоном счётчик электроэнергии, а также выпускавшиеся тогда двигатели работали только на постоянном токе.

Подходящих двигателей переменного тока на момент появления электрических сетей (1880 год) вообще не существовало — лишь в 1888 году Никола Тесла изобрёл асинхронный электродвигатель, что склонило чашу весов на сторону изобретателя и предпринимателя в сфере электроосвещения Вестингауза (основателя компании Вестингауз Электрик Корпорейшн).

Читайте также:  Мультиметр цифровой dt 830в как пользоваться

Коммутация [ править | править код ]

Коммутация проводников постоянного тока, находящихся под нагрузкой, требует более сложных переключателей, так как при размыкании цепи постоянного тока возникает более устойчивая электрическая дуга, чем при размыкании цепей переменного тока.

Безопасность [ править | править код ]

Переменный ток быстрее приводит к фибрилляции сердечной мышцы, чем постоянный. При кратковременном контакте с грудной клеткой могут вызывать сбой в работе сердечной мышцы даже сравнительно малые напряжения (порядка 110–230 В, применяемые в быту) но с заметной разницей силы тока (60 мА для переменного, 300–500 мА для постоянного).

История [ править | править код ]

Первые электросети [ править | править код ]

В 1878 году Эдисон основывает компанию «Эдисон электрик лайт» (сегодня General Electric). К 1879 году закончилась доводка электрической лампочки — одна лампа служила свыше 12 часов. Это число может показаться весьма скромным, но альтернативами в те времена были только свеча, керосиновая лампа и газовое освещение. В 1880 году Эдисон патентует всю систему производства и распространения электроэнергии, которая включала три провода — нулевой, +110 и −110 В (это снижало материалоёмкость при тех же потерях энергии). Одновременно был продемонстрирован невиданный доселе срок жизни лампочки — 1200 часов. Именно тогда Эдисон сказал: «Мы сделаем электрическое освещение настолько дешёвым, что только богачи будут жечь свечи».

В январе 1882 года Эдисон запускает первую электростанцию в Лондоне, а несколькими месяцами позже — в Манхэттене. К 1887 году в США существовало более сотни электростанций постоянного тока, работавших на трёхпроводной системе Эдисона.

Появление переменного тока [ править | править код ]

В отличие от Эдисона, который проявил себя неутомимым экспериментатором и умелым бизнесменом, сторонники переменного тока основательно знали математику и физику. Ознакомившись с патентом Эдисона, Джордж Вестингауз обнаружил слабое звено его системы — большие потери мощности в проводах.

В 1881 году Люсьен Голар (Франция) и Джон Гиббс (Великобритания) демонстрируют первый трансформатор, пригодный для работы на высоких мощностях. В 1885 Вестингауз покупает несколько трансформаторов Голара-Гиббса и генератор переменного тока производства Siemens & Halske и начинает эксперименты. Через год начинает работу первая 500-вольтовая ГЭС переменного тока в Грейт-Баррингтоне (штат Массачусетс).

Распространению переменного тока мешало отсутствие соответствующих моторов и счётчиков. В 1882 году Тесла изобретает многофазный электромотор, патент на который был получен в 1888 году. В 1884 году Тесла появляется в США. После года успешной работы Эдисон отказывает Тесле в повышении зарплаты [2] , и Тесла уходит к Вестингаузу. В 1888 году появляется первый счётчик переменного тока.

Противостояние [ править | править код ]

Переход на переменный ток должен был стать финансовым поражением Эдисона, который зарабатывал немалую часть денег на патентных отчислениях. Эдисон подал в суд за нарушение более десятка патентов, но решение суда было не в его пользу.

Тогда Эдисон занялся чёрным пиаром: публично демонстрируя убийства животных переменным током рекламировал «безопасное» постоянное напряжение и предостерегал от «опасного» переменного. К тому же примерно в это же время некто Поуп был убит трансформатором с повреждённой изоляцией, стоявшим у него в подвале; это происшествие широко освещалось прессой. Наконец, в 1887 году финансируемый Эдисоном инженер Гарольд Браун предложил идею убивать преступников электричеством — разумеется, «опасным» переменным, а не «безопасным» постоянным.

Читайте также:  Как сделать каркас для палатки своими руками

Вестингауз, ярый противник использования электричества для казни, отказался поставлять генераторы переменного тока для этой цели (добывать их пришлось окольными путями), нанял адвокатов приговорённому к казни на электрическом стуле Кеммлеру, который убил свою сожительницу топором. Адвокаты требовали отменить приговор как противоречащий конституции США, запрещающей «жестокие и необычные наказания». Несмотря на их старания, в 1890 году произошла первая казнь на электрическом стуле. Эдисон подкупил газетчика, и на следующий день в газете появилась статья «Вестингауз казнил Кеммлера». Казнь выглядела настолько ужасно, что Вестингауз ответил на это однозначно: «Топором бы у них вышло лучше».

В 1891 году трёхфазная система переменного тока, разработанная М. О. Доливо-Добровольским в компании AEG, была представлена на выставке в Франкфурте-на-Майне. В 1893 году Вестингауз и Тесла выиграли заказ на освещение Чикагской ярмарки 200 тысячами электрических лампочек. В 1896 году компания Вестингауза выиграла тендер на строительство крупнейшей на ту пору электростанции на Ниагарском водопаде. По словам Теслы, «мощности водопада хватит на все США». Чтобы примирить Вестингауза и Эдисона, последнему досталось строительство линии электропередачи, ведущей от электростанции в Буффало — ближайший крупный город.

Ещё одним фактом в пользу переменного тока послужила покупка Эдисоном компании Томсон-Хьюстон, занимающейся изучением и строительством агрегатов, основанных на переменном токе. Однако Эдисон не собирался отказываться от ориентации на постоянный ток и от чёрного пиара по отношению к переменному. Так, Эдисон заснял и затем широко распространил в прессе кадры казни переменным током слонихи Топси, затоптавшей трёх человек в 1903 году.

Сворачивание сетей постоянного тока [ править | править код ]

Электроснабжение постоянного напряжения неохотно сдавало свои позиции. Хотя уже в начале XX века большинство электростанций генерировали переменное напряжение и систему Эдиссона перестали развивать в 1928 году, существовало немало потребителей постоянного тока, для которых использовали преобразователи на ртутных выпрямителях. Электростанции постоянного тока строились вплоть до 1920-х годов. Хельсинки окончательно перешёл на переменный ток в 1940-х годах, Стокгольм — в 1960-х. Тем не менее в США вплоть до конца 1990-х годов существовало 4,6 тыс. разрозненных потребителей постоянного тока. В 1998 году начались попытки перевести их на переменный ток.

С исчезновением в Нью-Йорке последнего потребителя постоянного тока в ноябре 2007 года главный инженер компании «Консолидейтед Эдисон» перерезал символический кабель [1] .

Однако в Сан-Франциско, по состоянию на 2012 год, остаются 97 островков постоянного тока, обслуживающие от семи до десяти зданий каждый, где к ним подключены раритетные лифты. При этом в работе сохраняются и оригинальные кабели, проложенные около 100 лет назад [3] .

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector